Unicamp desenvolve Liga Metálica para Automóveis

Na indústria automotiva, os mancais são componentes que sustentam eixos e permitem sua rotação. Sua fabricação exige a utilização de matérias que garantam coeficiente de fricção (atrito) e desgaste cada vez mais baixos face ao uso intensivo dos veículos hoje, além de possuírem alta resistência mecânica para o enfrentamento de terrenos acidentados. Tradicionalmente, na fabricação dos mancais, se emprega a liga bronze/chumbo, em que o bronze, por sua vez, resulta da adequada mistura de zinco e cobre. Com a proibição da utilização de chumbo, principalmente em países da Europa, por causa de seu caráter tóxico, ele tem sido progressivamente substituído por estanho.

Com o intuito de desenvolver outras ligas metálicas que ofereçam possibilidades de fabricação de mancais que permitam fricção mais baixa e capazes de sustentar maiores pressões dinâmicas do que as oferecidas pelas ligas bronze-chumbo e bronze-estanho, Maria Adrina Paixão de Souza da Silva dedicou-se ao estudo de micro-estruturas de ligas de chumbo (Pb), bismuto (Bi) e índio (In) dispersas na matriz de alumínio (Al). O trabalho foi desenvolvido no Grupo de Pesquisa em Solidificação (GPS), orientado pelo professor Amauri Garcia, do Departamento de Engenharia de Materiais da Faculdade de Engenharia Mecânica (FEM) da Unicamp.

As ligas de Al com Bi, Pb e In apresentam aplicações promissoras em componentes automotivos que precisam oferecer resistência ao desgaste. A dispersão desses três elementos, que apresentam em comum baixa temperatura de fusão, diminui a dureza da liga, o que atenua o desgaste, e facilita o escoamento deles em condições de deslizamento, conferindo ao material caráter autolubrificante, do que resulta um comportamento tribológico favorável, assim denominado tecnicamente aquele referente ao desgaste.

O trabalho adotou a solidificação em regime transitório, que é aquela em que não se tem controle de nenhum parâmetro do processo de solidificação, tais como velocidade e taxas de resfriamento. Durante o processo utilizado, ocorrem várias formas de transmissão de calor, como a condução e a convecção, que de certa forma tornam o regime turbulento e por isso denominado de transitório ou transiente, porque não apresenta estabilidade na solidificação. Esse regime é o que mais se aproxima das condições industriais de produção de ligas metálicas.

O GPS desenvolveu um dispositivo para o estudo da solidificação de materiais em regime transitório. Como o dispositivo não considera nenhum parâmetro específico, é a própria água, o ar ou qualquer outro meio usado na refrigeração que possibilita o controle do processo enquanto um computador faz os registros necessários.

A pesquisa deteve-se nos sistemas monotéticos Al-Bi, Al-Pb e Al-In, assim chamados certos tipos específicos de ligas obtidas a partir de metais praticamente imiscíveis já no estado líquido. Nesse caso específico, durante a solidificação, primeiramente a matriz é solidificada, formando “bolsões” do outro metal ainda no estado líquido, que se solidifica posteriormente. Nas três ligas estudadas, primeiro ocorre a solidificação da matriz de alumínio e posteriormente a solidificação de bismuto, chumbo e índio nos bolsões.

E aí está o diferencial da liga, esclarece a pesquisadora. Os três metais agregados ao alumínio, quando em posição de desgaste nos mancais atritados pelos eixos, são liberados dos respectivos bolsões e formam uma espécie de pasta que lubrifica as superfícies do mancal e do eixo. Com isso, o desgaste no alumínio do mancal é reduzido e praticamente ocorre apenas desgaste dos micro-bolsões, o que estende o tempo de duração da peça. Os filmes de Bi, ou Pb, ou In formados entre os dois componentes automotivos permanece no local e contribui para a diminuição do atrito.